Confined MOF pyrolysis within mesoporous SiO2 core–shell nanoreactors for superior activity and stability of electro-Fenton catalysts

纳米反应器 介孔材料 热解 催化作用 材料科学 浸出(土壤学) 化学工程 双酚A 金属有机骨架 吸附 化学 有机化学 环境科学 工程类 环氧树脂 土壤科学 土壤水分
作者
Wei Wang,Hao Li,Pan Xia,Huanbin Liu,Xi Chen,Zhihong Ye,Qiang He,Ignasi Sirés
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:483: 149230-149230 被引量:6
标识
DOI:10.1016/j.cej.2024.149230
摘要

Despite the high density and uniform distribution of active sites in metal–organic frameworks (MOFs) and their derivatives, the relatively low stability in water still limits their utilization in heterogeneous catalysis. Herein, the confinement of pyrolyzed MIL-88B(Fe) derivatives within mesoporous SiO2 allowed fabricating core–shell nanoreactors (Fe/C@mSiO2) that served as heterogeneous electro-Fenton (HEF) catalysts for the first time, revealing an excellent performance. The as-prepared catalysts were featured by high specific surface area and dense active sites. During service as core–shell nanoreactors, they behaved as a dual function adsorbent-catalyst, exhibiting superior catalytic activity and recyclability as compared to HEF catalysts without shell. Using 0.2 g/L of catalyst, the complete removal of bisphenol A at pH 6.2 and 100 mA was achieved at 120 min, with extremely low iron leaching of 0.11 mg/L. The rigid mSiO2 shell not only protected the iron active sites from leaching, but it also provided porous and permeable channels for efficient mass transport. The unique core–shell architecture concentrates the catalytic sites and reactants within a confined space, promoting the fast degradation of bisphenol A. Furthermore, the defect-rich carbon substrate and the high dispersibility of iron-rich sites favor a fast electron transfer. The efficient treatment of several organic micropollutants in consecutive trials corroborated the high activity and stability of the Fe/C@mSiO2. This work contributes to the rational design of HEF catalysts, aiming at consolidating their practical application in advanced wastewater treatment.
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